牛顿运动定律的应用 教学设计 高中物理新人教版必修第一册（2023~2024学年）

第5节牛顿运动定律的应用教学设计备课人学科物理课题4.5牛顿运动定律的应用教学内容分析本节是应用牛顿运动定律解决问题，综合了前面所学的基础知识和本章所学的基本规律，因此本节具有承上启下的作用。将牛顿运动定律的应用分为两种类型:一是从受力确定运动情况，即受力情况已知的条件下，判断出物体的运动状态或求出物体的速度和位移。处理这类问题的基本思路是:先分析物体的受力情况求出合力，根据牛顿第二定律求出加速度，再利用运动学的有关公式求出要求的速度和位移等运动学量。二是从运动情况确定受力，即在运动情况(如物体的运动性质、速度、加速度或位移)已知的条件下，求出物体所受的力。处理这类问题的基本思路是:首先分析清楚物体的运动学情况，根据运动学公式求出物体的加速度，然后在分析物体受力情况的基础上，利用牛顿第二定律列方程求力。在本节的教学中，教师应该引导学生体会到加速度是联系运动和力的桥梁和纽带。在牛顿第二定律公式和运动学公式中，均包含有一个共同的物理量-加速度。因此，求加速度是解决有关运动和力问题的基本思路，正确的受力分析和运动过程分析则是解决问题的关键。学情分析对于学生而言，已经在第二章学习了有关匀变速直线运动的规律，在第三章学习了各种性质的力和受力分析，已经初步具备了对运动学和力学问题的分析能力，在这一章学习了牛顿第二定律后，如何将力和运动联系起来，应该还有不小的挑战，学生的能力上还有待进一步加强。教学目标1.进一步学习分析物体的受力情况，并能结合物体的运动情况进行受力分析。2.知道动力学的两类问题，理解加速度是解决两类动力学问题的桥梁。3.熟练掌握应用牛顿运动定律解决问题的方法和步骤。4.会利用动力学的观点处理传送带模型5.会利用动力学的观点处理板块模型教学重难点1.已知物体的受力情况求物体的运动情况。（重点）2.已知物体的运动情况，求物体的受力情况。（重点）3.利用动力学的观点处理传送带模型。（重点难点）4.利用动力学的观点处理板块模型。（重点难点）教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图导入新课思考与讨论：为了尽量缩短停车时间，旅客按照车门标注的位置候车。列车进站时总能准确的停在对于车门的位置。这是如何做到的呢？复习与思考：(1)牛顿第一定理的内容是什么？它揭示了什么样的规律？(2)牛顿第二定理的内容是什么？它揭示了什么样的规律？(3)既然力是改变物体运动状态的原因，那么力与运动之间存在怎样的关系呢？(4)我们在研究力与运动之间关系时我们可能遇到哪些问题？对这些问题你认为如何处理呢？学生讨论并回答学生回顾复习学生思考力和运动之间的可能关系引导学生思考运动和力之间的可能存在的关系为引出两类关系铺垫讲授新课一、从受力确定运动情况【例题1】运动员把冰壶沿水平冰面投出，让冰壶在冰面上自由滑行，在不与其他冰壶碰撞的情况下，最终停在远处的某个位置。按比赛规则，投掷冰壶运动员的队友，可以用毛刷在冰壶滑行前方来回摩擦冰面，减小冰面的动摩擦因数以调节冰壶的运动。（1）运动员以3.4m/s的速度投掷冰壶，若冰壶和冰面的动摩擦因数为0.02，冰壶能在冰面上滑行多远？g取10m/s2。（2）若运动员仍以3.4m/s的速度将冰壶投出，其队友在冰壶自由滑行10m后开始在其滑行前方摩擦冰面，冰壶和冰面的动摩擦因数变为原来的90%，冰壶多滑行了多少距离？二、从运动情况确定受力【例题2】如图，一位滑雪者，人与装备的总质量为75kg，以2m/s的初速度沿山坡匀加速直线滑下，山坡倾角为30°，在5s的时间内滑下的路程为60m。求滑雪者对雪面的压力及滑雪者受到的阻力（包括摩擦和空气阻力），g取10m/s2。思考与总结：(1)你认为“从受力确定运动情况”这类问题中，要做好哪两个分析？(2)你认为“从受力确定运动情况”这类问题中，要把力和运动联系在一起的桥梁是什么？(3)你认为“从受力确定运动情况”这类问题中，我们应该按照怎样的步骤解决来解决？思考与总结：1.两个分析：(1)过程分析：逐一分析不同过程运动特点，找出相邻过程的联系点。(2)受力分析：逐过程分析物体受力，注意摩擦力、弹力可能变化。2.一个桥梁：3.两类问题的解题步骤：三、传送带模型（一）水平传送带问题【例题3】如图所示，水平传送带正在以v＝4.0m/s的速度匀速顺时针转动，质量为m＝1kg的某物块(可视为质点)与传送带之间的动摩擦因数μ＝0.1，将该物块从传送带左端无初速度地轻放在传送带上(g取10m/s2)．如果传送带长度L＝20m，求经过多长时间物块将到达传送带的右端．思考与讨论：(1)物块轻放在传送带上后，所受的合外力多大？物块的加速度多大？(2)物块开始做何种运动？(3)当物块的速度加速到与传送带的速度相等时经历多长时间？位移多大？(4)当物块的速度和传送带速度相同时，物块是否还受传送带的摩擦力？(5)物块和传送带速度相同后，物块将做何种运动？这一段经历的时间多长？(6)你是否可以画一下物块在这个过程的v-t图像？【拓展与突破】如果传送带长度L＝4.5m，求经过多长时间物块将到达传送带的右端．(1)物块是否可以加速到和传送带速度相同，而不掉落传送带？(2)此种情况物块的运动形式是否和第一种情况相同？(3)此种情况物体的v-t图像如何画？【例题4】如图所示，绷紧的水平传送带足够长，始终以恒定速率v1＝2m/s沿顺时针方向运行。初速度为v2＝4m/s的小物块从与传送带等高的光滑水平地面上的A处滑上传送带，小物块与传送带之间的动摩擦因数为μ＝0.2，若从小物块滑上传送带开始计时，求：(1)小物块在传送带上滑行的最远距离；(2)小物块从A处出发再回到A处所用的时间。思考与讨论：(1)物块滑上传送带上后，所受的合外力多大？物块的加速度多大？(2)物块开始做何种运动？(3)当物块的速度向左减为零时经历多长时间？位移多大？(4)当物块的速度向左减为零时，物块是否处于静止状态？(5)若物块不静止，那么它将做何种运动？(6)从静止开始，物块速度和传送带速度相同时，经历多长时间？此时位移多大？这段位移与物块向左运动的位移相比，哪段大？(7)物块与传送带速度相同后，将做何种运动？再经多长时间滑离传送带？(8)若规定向左为正方向，你是否可以绘制一下物块的v-t图像呢？【拓展与突破】若初速度为v2＝1m/s，则小物块从A处出发再回到A处所用的时间？(1)此种情况小物块经历的过程是否和第一种情况相同？(2)你是否能够做出分析说明，并绘制小物块的v-t图像呢？（二）倾斜传送带问题【例题5】如图所示，沿顺时针转动的传送带AB，长，与水平面的夹角，速度恒为。在传送带底端A处无初速度释放一质量的物体，物体与传送带之间的动摩擦因数。求：（1）木块放上传送带瞬间的加速度大小；（2）后物体的速度大小；（3）物体从A运动到B的时间。思考与讨论：(1)物体无初速度放在传送带上后，受到几个力？物块的加速度多大？(2)物体开始做何种运动？(3)当物体的速度加速到与传送带的速度相等时经历多长时间？位移多大？(4)当物块的速度和传送带速度相同时，物块是否还受传送带的摩擦力？(5)物块和传送带速度相同后，物块将做何种运动？这一段经历的时间多长？(6)你是否可以画一下物块在这个过程的v-t图像？【例题6】如图所示，传送带与地面夹角，长度为，传送带以的速率逆时针转动。在传送带上端无初速度地放一个质量为的物体，它与传送带之间的动摩擦因数为。求物体从运动到所需时间是多少？（，，取）思考与讨论：(1)物体无初速度放在传送带上后，受到几个力？物块的加速度多大？(2)物体开始做何种运动？(3)当物体的速度加速到与传送带的速度相等时经历多长时间？位移多大？(4)当物块的速度和传送带速度相同时，物体是否还受传送带的摩擦力？(5)物块和传送带速度相同后，摩擦力的指向哪个方向？(6)物体和传送带速度相同后，物体将做何种运动？这一段经历的时间多长？(7)你是否可以画一下物体在这个过程的v-t图像？【拓展与突破】若物体与传送带之间的动摩擦因数μ=0.8，思考如下问题：(1)物块和传送带速度相同后，摩擦力是静摩擦力还是滑动摩擦力？(2)物体和传送带速度相同后，物体将做何种运动？(3)你是否可以画一下物体在这个过程的v-t图像？思考与讨论：你认为当我们遇到传送带类问题时，应该注意哪些问题？四、板块模型（一）无外力板块模型【例题7】如图所示，质量M=8.0kg的薄木板静置在光滑水平地面上，质量m=2.0kg的小滑块（可视为质点）以速度v0=5.0m/s从木板的左端冲上木板，恰好不滑离木板．已知滑块与木板间的动摩擦因数μ=0.20，重力加速度g取10m/s2．求（1）分别求出小滑块和薄木板的加速度大小；（2）薄木板的长度。思考与讨论：(1)小滑块冲上木板后，二者各受到几个力？二者的加速度多大？(2)小滑块和木板各做何种运动？(3)小滑块恰好不脱离木板，需要的条件是什么？(4)你能否画一下小滑块和木板运动的过程简图，并标注出二者的位移关系？（二）受恒定外力板块模型【例题8】如图所示，质量的小车放在水平光滑的平面上，在小车左端加一水平推力，当小车向右运动的速度达到1.5m/s时，在小车前端轻轻地放上一个大小不计，质量为的小物块，物块与小车间的动摩擦因数，小车足够长。（取）求∶（1）小物块放后，小物块及小车的加速度各为多大？（2）经多长时间两者达到相同的速度？（3）从小物块放上小车开始，经过小物块通过的位移大小为多少？思考与讨论：(1)小物块放后，二者各受到几个力？二者的加速度多大？(2)小物块和小车各做何种运动？(3)经多长时间两者达到相同的速度？(4)小物块和小车共速后，小物块是否继续以原来的加速度做加速运动？(5)如何判断小物块和小车共速后的运动形式？（三）板块模型的三个基本关系加速度关系如果滑块与木板之间没有发生相对运动，可以用“整体法”求出它们一起运动的加速度；如果滑块与木板之间发生相对运动，应采用“隔离法”分别求出滑块与木板运动的加速度。应注意找出滑块与木板是否发生相对运动等隐含条件速度关系滑块与木板之间发生相对运动时，明确滑块与木板的速度关系，从而确定滑块与木板受到的摩擦力。应注意当滑块与木板的速度相同时，摩擦力会发生突变的情况位移关系滑块与木板叠放在一起运动时，应仔细分析滑块与木板的运动过程，明确滑块与木板对地的位移和滑块与木板之间的相对位移之间的关系五、课堂练习学生典例解析学生典例解析学生通过典例解析总结讨论学生识记记录学生识记记录学生识记记录学生根据6个问题讨论解析，展示答案学生解析并回答学生解析并回答学生解析并回答学生解析并回答学生解析并回答学生解析并回答学生讨论总结学生解析并回答学生解析并回答学生识记记录学生练习通过例题1引导示范如何处理第一类关系通过例题2引导示范如何处理第二类关系引导学生通过典例总结反思、培养独立解决问题能力明确两个分析明确一个桥梁明确解题步骤让学生明确如何分析受力和做何种运动明确过程的分析明确物体和传送带速度相等时，摩擦力的突变根据对过程的分析，让学生会画v-t图像让学生明确传送带长度对运动过程的影响让学生明确过程的分析让学生注意速度为零的状态是物体转向的关键状态物体的初速度和传送带的速度大小对物体向右的运动有影响对于物体向右的运动与原例题做比较，找差异(1)让学生明确如何分析受力和做何种运动(2)明确过程的分析(3)明确物体和传送带速度相等时，摩擦力的突变(4)根据对过程的分析，让学生会画v-t图像(1)让学生明确如何分析受力和做何种运动(2)明确过程的分析(3)明确物体和传送带速度相等时，摩擦力的突变(4)根据对过程的分析，让学生会画v-t图像在速度相等时，与原例题做比较，物体的运动状态是否相同，分析产生不同的原因总结传送带问题研究的关键点(1)